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當前位置:首頁成功案例鑫圖Dhyana 400BSI|深度學習的單分子定位顯微研究

鑫圖Dhyana 400BSI|深度學習的單分子定位顯微研究

發(fā)布時間:2024/8/28 10:22:28

光譜單分子定位顯微鏡 (sSMLM) 能夠同時捕獲單分子的空間位置和光譜信息,但由于光子數量有限有限和噪聲水平較高,準確提取光譜信息具有一定挑戰(zhàn)性。


本研究提出了一種名為“光譜到光譜 (Spec2Spec)”的自監(jiān)督深度學習框架,能有效抑制噪聲并恢復低SNR發(fā)射光譜。Spec2Spec通過利用空間相鄰像素的相關光譜信息,顯著提高了SNR(約6倍)和SSIM(約3倍),并在雙色sSMLM中實現了94.6%的光譜分類準確率和接近100%的數據利用率。該方法為多路復用和功能性超分辨率成像提供了新的途徑。


實驗性sSMLM系統(tǒng)和所提出的Spec2Spec框架.png

圖1 實驗性sSMLM系統(tǒng)和所提出的Spec2Spec框架。圖(a)為sSMLM實驗系統(tǒng)示意圖,光譜模塊負責將發(fā)射的光子分為兩個通道,分別提供空間和光譜信息;圖(b)為sSMLM中的自監(jiān)督光譜去噪工作流程,包括重新采樣和重新積分每個原始光譜圖像,生成訓練對,以及優(yōu)化Spec2Spec網絡參數的過程。


本研究自主設計了一套sSMLM系統(tǒng),旨在同時捕獲單分子熒光發(fā)射的空間位置和全光譜信息。系統(tǒng)采用連續(xù)波激光照明(波長642 nm,功率1100 mW,CNI)進行激發(fā),并使用鑫圖Dhyana 400BSI相機同步獲取不同區(qū)域的空間和光譜圖像。為清晰分辨單個熒光分子的位置,相機需具備足夠的高空間分辨率和多波長響應能力。Dhyana 400BSI采用背照式sCMOS結構,其峰值量子效率高達95%,讀出噪聲低至1.1e-,即使在低光條件下也能捕捉到微弱的單分子熒光發(fā)射信號,進一步提升圖像質量和信噪比。在高速模式下,其全分辨率幀率可達100 fps,支持實時捕捉動態(tài)熒光事件。相機配備CameraLink高速數據傳輸接口,能夠有效處理和傳輸大量空間和光譜數據。


參考文獻

Xu D, Gu Y, Lu J, et al. Deep-learning-assisted spectroscopic single-molecule localization microscopy based on spectrum-to-spectrum denoising[J]. Nanoscale, 2024, 16(11): 5729-5736.


該文章旨在為大家提供先進成像技術相關應用參考,部分內容摘抄于相關論文研究成果,版權歸原作者所有,引用請標注出處。




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